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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Messen von Druckdifferenzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus der
DE 39 28 038 A1 ist ein
Differenzdruckgeber bekannt, bei dem eine einseitig fest eingespannte
Blattfeder als Koppeleinrichtung zwischen einer Membran und einer
mechanischen Anzeigeeinrichtung dient. Beabstandet von der Einspannung
der Blattfeder sind als Wandlermittel Dehnungsmeßstreifen angeordnet, welche
die Verformung der Blattfeder in ein elektrisches Signal wandeln.
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Derartige Vorrichtungen sind auch
unter den Gattungsbegriffen Druckaufnehmer, Drucksensoren usw. bekannt.
Eine Übersicht über die
Verfahren der Druckmeßtechnik,
geeignete Verformungskörper
für Drucksensoren
sowie Kenngrößen und
Entwurfskriterien für
Drucksensoren gibt Pfeifer/Werthschützky: Drucksensoren, 1. Aufl.,
Berlin: Verl. Technik, 1989, ISBN 3-341-00660-5. Demgemäß kommen
als die Druckdifferenz in eine Auslenkung wandelnde Druckwandlerelemente
u. a. Kreis-, Kreisring- und Rechteckplatten, Membranen, Platten-
und Kapselfedern, Rohrverformungskörper, Wellplatten, Wellrohrverformungskörper und
BOURDON-Federn in Betracht. Druckaufnehmer mit einem elektrischen
Ausgangssignal unter Verwendung von BOURDON-Federn sind aus der
DE 37 40 569 C2 und
der
US 3,247,716 bekannt.
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Für
die Wandlung der Auslenkung in ein elektrisches Signal kommen u.
a. elektromechanische Wandlermittel, beispielsweise ein Drahtpotentiometer,
oder elektronische Wandlermittel in Betracht, beispielsweise magnetische,
elektromagnetische, piezoelektrische, piezoresistive und optische
Wandlermittel bzw. Sensoren in Betracht. Die Wandlermittel sind
dabei in unmittelbarer Nähe
des Druckwandlerelementes angeordnet. Einen Überblick über die verfügbaren mikroelektronischen
Sensoren geben Ahlers/Waldmann: Mikroelektronische Sensoren, 1. Aufl.,
Berlin: Verl. Technik, 1990, ISBN 3-341-00514-5. Aus der
DE 88 03 483 U1 ist
ein Differenzdruckmeßgerät bekannt,
das durch Zusammenwirken eines am Zeiger einer Anzeigeeinrichtung festgelegten
Gewichtsausgleiches mit einem sogenannten Schlitzinitiator bei Über- und/oder
Unterschreiten einer vorgebbaren Zeigerstellung ein elektrisches
Signal abgibt.
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Das elektrische Meßwertsignal
kann, gegebenenfalls nach einer entsprechenden Verstärkung, Signalaufbereitung
und/oder Kompensation, weiterverarbeitet und parallel oder alternativ
zu einer mechanischen durch eine elektrische oder elektronische Anzeigeeinrichtung
angezeigt werden. Die mechanische Anzeigeeinrichtung besteht in
der Regel aus einem Zeigerwerk, wobei der Dreh- oder Schwenkbereich des Zeigers an
den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt sein kann.
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Im Stand der Technik ist beispielsweise
ein Magnetfeld- oder HALL-Sensor gegenüber einem an einer BOURDON-Feder
als Druckwandlerelement befestigten Permanentmagneten angeordnet.
Bei einer Druckbeaufschlagung von Δp wird die BOURDON-Feder um
einen Betrag Δx
ausgelenkt und die elektrische Ausgangsspannung ändert sich um einen Betrag ΔU entsprechend
einer 1/xa-Charakteristik, mit a ε R.
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Der zu messende Druck wird in der
Regel gegenüber
einem Referenzdruck, beispielsweise gegenüber dem Druck Null (Vakuum)
oder dem Atmosphärendruck
(ca. 1.000 hPa) bestimmt, d. h. es wird die Druckdifferenz zu dem
Referenzdruck bestimmt.
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Bei den bekannten Vorrichtungen ist
von Nachteil, daß die
Wandlung der Auslenkung in ein elektrisches Signal in der Regel
nur geringe und dadurch störempfindliche
Signalgrößen hervorbringt. Darüber hinaus
ist die Linearität
zwischen dem elektrischen Ausgangssignal und der Eingangsgröße Druck
bzw. Druckdifferenz nur in einem eingeschränkten Druckbereich in ausreichendem
Maße gegeben,
wodurch letztlich die Auflösung
der Vorrichtung begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt daher das Problem
zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen von Druckdifferenzen bereitzustellen,
die unabhängig
vom Typ des Druckwandlerelements ein großes elektrisches Ausgangssignal
bereitstellt bei gleichzeitig hoher Linearität zwischen der zu messenden
Druckdifferenz und dem elektrischen Ausgangssignal. Darüber hinaus
soll die Vorrichtung in einer kleinen Baugröße realisierbar und kostengünstig herstellbar
sein.
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Das Problem wird durch die im Anspruch
1 offenbarte Vorrichtung gelöst.
Besondere Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Vorrichtung gemäß Anspruch
1 löst
die zugrunde liegende Aufgabe dadurch, daß das Wandlermittel an der
Koppeleinrichtung angeordnet ist.
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Da durch die Koppeleinrichtung vorzugsweise
eine mechanische Linearisierung des Zusammenhanges zwischen der
Auslenkung des Druckwandlerelementes und des zu messenden Druckes
erfolgt, wird vorteilhaft die Linearität des elektrischen Signals erhöht. Darüber hinaus
kann durch die Anordnung des Wandlermittels an der Koppeleinrichtung
die Baugröße der Vorrichtung
insgesamt reduziert werden. Die Wandlermittel können dabei ein- oder mehrteilig
sein. Soweit die Wandlermittel mehrteilig sind, ist mindestens ein
Teil an der Koppeleinrichtung angeordnet oder an dieser festlegbar.
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Durch das Vorsehen einer um eine
Drehachse drehbaren Koppeleinrichtung und einer Anordnung des Wandlermittels
an der Drehachse wird die ursprünglich
im wesentlichen lineare Auslenkung des Druckwandlerelementes in
eine Schwenk- oder Drehbewegung
der Koppeleinrichtung gewandelt, vorzugsweise mit einer vorgeschalteten
mechanischen Linearisierung, so daß besonders einfach eine Wandlung
der (Dreh-)Auslenkung der Koppeleinrichtung in ein elektrisches
Signal mit einem vergleichsweise hohen elektrischen Signalpegel
erfolgt. Vorzugsweise weist das Wandlermittel mindestens ein Teil
auf, das derart an der Drehachse angeordnet ist, daß es zusammen
mit der Koppeleinrichtung um die Drehachse dreht.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
2 hat den Vorteil, daß ein
HALL-Sensor, bei dem
ein durch den Permanentmagneten erzeugtes Magnetfeld eine Kraft
auf Ladungsträger
ausübt,
vergleichsweise hohe Signalpegel bei geringer Störempfindlichkeit und insbesondere
geringer Empfindlichkeit gegenüber
Verunreinigungen aufweist. Der Einsatz von Halbleiter-HALL-Sensoren
mit kleiner Baugröße ist besonders
vorteilhaft.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
3 hat den Vorteil, daß der
Permanentmagnet verhältnismäßig einfach
und exakt auf der Drehachse der Koppeleinrichtung anzuordnen ist,
und daß der
HALL-Sensor vorzugsweise direkt in eine gegenüber der drehbaren Koppeleinrichtung
mit einem Gehäuse
oder einem Druckanschlußstutzen
der Vorrichtung ortsfest verbundenen Platine mit weiteren elektrischen
und/oder elektronischen Bauelementen eingelötet werden kann und daß der Abstand
zwischen dem Permanentmagneten und dem HALL-Sensor exakt eingestellt werden kann
und vorzugsweise klein ist.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
4 hat den Vorteil, daß durch
das Vorsehen einer kreiszylindrischen Bauform für den zusammen mit der Koppeleinrichtung
drehbaren Permanentmagneten der Abstand zwischen dem Permanentmagneten
und dem HALL-Sensor auch bei beliebiger Druckbeaufschlagung und
damit verbundener Drehbewegung konstant (klein) ist. Die typischen
Drehbereiche für
den Permanentmagneten betragen beispielsweise 15° bis 30°.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
5 hat den Vorteil, daß durch
die magnetische Polarisation des Permanentmagneten nicht oder nicht
ausschließlich
in axialer Richtung, sondern auch oder ausschließlich in Umfangsrichtung die Ausrichtung
von Permanentmagnet und HALL-Sensor so gewählt werden kann, daß in einer
Mittenstellung der mechanischen Anzeigeeinrichtung der HALL-Sensor vorzugsweise
gegenüber
dem Übergang
zweier magnetisch unterschiedlich polarisierter Sektoren des Permanentmagneten
liegt. Ausgehend von dieser Mittenstellung besteht eine große Linearität des Zusammenhangs
zwischen dem Drehwinkel des Permanentmagneten und der Signalspannung des
HALL-Sensors. Dadurch wird die Linearität zwischen dem Druck-Eingangssignal und
dem elektrischen Ausgangssignal weiter erhöht. Vorteilhaft ist weiterhin,
daß durch
Wenden des Permanentmagneten um eine zu seiner Längsachse senkrecht stehenden
Achse um 180° die
Anordnung der zwei magnetischen Sektoren gegenüber dem HALL-Sensor vertauscht
und damit das Ausgangssignal des HALL-Sensors invertiert werden
kann.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
6 hat den Vorteil, daß durch
die Anordnung des Permanentmagneten an der Drehachse der Koppeleinrichtung
einfach und präzise
ein geringer Abstand zwischen Permanentmagnet und HALL-Sensor eingestellt
werden kann, der ein großes
und lineares Ausgangssignal zur Folge hat. Die Längsachse des Permanentmagneten
fällt dabei
mit der Drehachse der Koppeleinrichtung zusammen.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
7 hat den Vorteil, daß durch
die Verwendung einer BOURDON-Feder eine kostengünstige, präzise und langzeitstabile Wandlung
der Druckdifferenz in eine Auslenkung gewährleistet ist. Die BOURDON-Feder
kann jeden geeigneten Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise weist
die BOURDON-Feder einen flachovalen, spitzovalen oder anderen, von
der exakt runden Form abweichenden Querschnitt auf.
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Die geometrischen Abmessungen sowie
das verwendete Material und dessen Dicke sind an den Druckbereich
und die jeweilige Anwendung angepaßt. Darüber hinaus kann die BOURDON-Feder
je nach Druckbereich eine unvollständige oder mehrere vollständige Windungen
aufweisen. Anstelle der BOURDON-Feder kann insbesondere auch eine Platten-
oder eine Kapselfeder eingesetzt werden.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
8 hat den Vorteil, daß Anzeigevorrichtungen mit
einem drehbaren Zeiger kostengünstig
herstellbar sind und gleichzeitig eine gute Ablesbarkeit und eine
für viele
Anwendungsfälle
ausreichende Ablesegenauigkeit bereitstellen.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
9 hat den Vorteil, daß durch
die Zweiteilung der Koppeleinrichtung in ein drehbares Drehelement und
ein dieses mit dem Druckwandlerelement koppelndes Verbindungsstück eine
einfach mechanische Kalibrierung der Vorrichtung sowie eine mechanische Vorlinearisierung
bezüglich
des Zusammenhangs zwischen Druckbeaufschlagung und mechanischer Anzeigeeinrichtung
realisierbar ist. Das Drehelement kann beispielsweise als um die
Drehachse drehbarer zweiarmiger Hebel ausgestaltet sein, an dessen
einem Ende das Verbindungselement festgelegt ist und an dessen anderem
Ende eine Verbindung zu der mechanischen Anzeigevorrichtung vorgesehen ist.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
10 hat den Vorteil, daß durch
die Einstellbarkeit des wirksamen Hebelarms des Verbindungselementes
eine mechanische Vorlinearisierung des Zusammenhanges zwischen dem
zu messenden Druck und der Drehbewegung des Drehelementes bzw. der mechanischen
Anzeigeeinrichtung mit einfachen Mitteln zuverlässig und kostengünstig realisiert
ist. Eine stufenlose Einstellbarkeit kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, daß das
Verbindungselement in einer von der Drehachse im wesentlichen radial ausgehenden
Nut oder einem entsprechendem Schlitz des Drehelementes stufenlos
festlegbar ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung stufenlos
festklemmbar ist. Der Schlitz bzw. die Nut kann ausgehend von der
Drehachse insbesondere keinen geradlinigen radialen Verlauf, sondern
beispielsweise die Form eines Kreisbogens aufweisen. Der Radius
des Kreisbogens kann dabei an die erforderliche oder gewünschte Vorlinearisierung
angepaßt
sein. Beispielsweise kann der Radius ungefähr dem Radius der BOURDON-Feder
entsprechen.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
11 hat den Vorteil, daß durch
die vorzugsweise stufenlos einstellbare Länge des Verbindungselementes
eine einfache und kostengünstige
Möglichkeit
zur Kalibrierung der Vorrichtung gegeben ist. Die stufenlose Längeneinstellung
kann grundsätzlich durch
eine Vielzahl aus dem Stand der Technik hierfür bekannten Lösungen realisiert
werden. Vorzugsweise ist gemäß der Ausführungsart
nach Anspruch 12 zwischen den Enden des Verbindungselementes eine
beispielsweise mit einer Zange leicht verformbare Öse vorgesehen.
Durch Reduzieren oder gegebenenfalls Vergrößern der effektiven lichten
Weite der Öse
kann die Länge
des Verbindungselementes stufenlos eingestellt werden. Diese Lösung bietet
bei geringem Aufwand eine kostengünstige, einfach durchzuführende und
dauerhafte Kalibriermöglichkeit
bezüglich
der Linearität
für die
Vorrichtung.
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Alternativ hierzu kann auch eine
automatische Meßvorrichtung
zum Bestimmen des Auslenkverhaltens des Druckwandlerelements mit
einer nachgeschalteten Bearbeitungseinheit vorgesehen werden, die
entsprechend den Meßwerten
und den Steuersignalen von der Meßvorrichtung das Verbindungselement
entsprechend ablängt
und/oder an der entsprechenden Stelle ein Befestigungsloch erzeugt.
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Die besondere Ausführungsart
gemäß Anspruch
13 hat den Vorteil, daß durch
das an der Koppeleinrichtung, vorzugsweise dem Drehelement vorgesehenen
Segment eines Zahnkranzes, der in ein an einer Zeigerachse der mechanischen
Anzeigeeinrichtung festgelegtes Zahnrad eingreift, eine Getriebeübersetzung
derart realisiert werden kann, daß gemäß der besonderen Ausführungsart
nach Anspruch 14 das Übersetzungsverhältnis der
Drehbewegungen Koppeleinrichtung bzw. Drehelement : Zeigerachse
zwischen 1 : 10 und 1 : 20 beträgt,
so daß eine Drehbewegung
der Koppeleinrichtung zwischen 15° und
30° in eine
Drehbewegung beispielsweise eines Zeigers der mechanischen Anzeigeeinrichtung
von etwa 250° bis
300°, insbesondere
270° übersetzt wird.
Vorzugsweise ist die Koppeleinrichtung als um die Drehachse drehbarer
zweiarmiger Hebel ausgeführt,
wobei – wie
vorstehend beschrieben – an
einem Hebelarm das Verbindungselement zum Druckwandlerelement festlegbar
ist und an dem zweiten Hebelarm das Zahnkranzsegment angeordnet
ist, vorzugsweise in Form von aneinandergereihten und in Bezug auf
die Drehachse radial abstehenden Zähnen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 zeigt
die Vorrichtung der 1 mit
abgenommener Platine,
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3 zeigt
eine Aufsicht und einen Schnitt durch den Permanentmagneten,
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4 zeigt
den gemessenen Verlauf der magnetischen Induktion B in Abhängigkeit
des Drehwinkels α,
und
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die 1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum
Messen von Druckdifferenzen mit einem Druckwandlerelement in Form
einer BOURDON-Feder 2,
einem einen HALL-Sensor 3 und einen Permanentmagneten 4 umfassendes
Wandlermittel, das die Auslenkung der BOURDON-Feder 2 in ein
elektrisches Signal wandelt, und einer mechanischen Anzeigeeinrichtung
in Form eines Zeigers 5 und einer Skala 6, die
mittels einer Koppeleinrichtung 8, 9 mit der BOURDON-Feder 2 gekoppelt
ist. Die Koppeleinrichtung 8, 9 umfaßt dabei
ein um eine Drehachse 7 drehbares Drehelement 8 und
ein dieses mit der BOURDON-Feder 2 koppelndes Verbindungselement 9.
Der HALL-Sensor 3 ist auf einer Platine 10 angeordnet,
die gegebenenfalls weitere elektrische und/oder elektronische Bauelemente
enthält.
Durch ein Loch in der Platine 10 ragt der in Umfangsrichtung
diametral magnetisch polarisierte und auf der Drehachse 7 des
Drehelements 8 sitzende Permanentmagnet 4, und
ist dadurch gegenüber dem
HALL-Sensor 3 positioniert. Die Skala 6 ist auf einer
nicht dargestellten Skalenscheibe aufgebracht, die zwischen Zeiger 5 und
Platine 10 angeordnet ist.
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Bei einer Druckbeaufschlagung am
ein Außengewinde 11 aufweisenden
Anschlußstutzen 12 kommt
es zu einer Auslenkung der BOURDON-Feder 2 entsprechend
dem Doppelpfeil 13 und damit zu einer Drehbewegung des
Drehelements 8 entsprechend dem Doppelpfeil 14.
Dadurch kommt es auch zu einer Drehbewegung des Permanentmagneten 4 entsprechend
dem Doppelpfeil 15. Die Drehbewegung des Permanentmagneten 4 verursacht
eine Änderung
des elektrischen Signals des HALL-Sensors 3, die als Signal
für die
Druckbeaufschlagung ausgewertet werden kann. Die Anschlußverbindung
kann mittels einer Dichtung, beispielsweise einer O-Ringdichtung,
oder durch den Einsatz von einem Dichtgewinde gegenüber der
Umgebung abgedichtet sein.
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Der Abstand zwischen dem HALL-Sensor 3 und
dem Permanentmagneten 4 ist vorzugsweise so klein, wie
er sich fertigungstechnisch vernünftig
realisieren läßt. Diese
Abstand liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 und 5 mm, vorzugsweise
zwischen 1 und 2 mm. Bei einem durch den HALL-Sensor 3 fließenden Strom
von 3,5 mA ergibt sich eine maximaler Hub für die Signalspannung von 50
mV, der im Rahmen einer Signalaufbereitung beispielsweise in ein
Stromsignal von 0 oder 4 bis 20 mA gewandelt wird. In der dargestellten
Mittenstellung des Zeigers 5 in Bezug auf die Skala 6 befindet
sich der Permanentmagnet 4 in einer Position, daß der Übergang
zwischen den unterschiedlich magnetisch polarisierten Sektoren gegenüber dem
HALL-Sensor 3 liegt. Der Drehbereich des Permanentmagneten
ausgehend von dieser Mittenstellung beträgt in beide Richtungen zwischen
7,5° und
15°.
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Der Drehbereich kann auch asymmetrisch sein,
d. h. der Drehbereich kann in eine Richtung etwa 10° und in die
andere Richtung etwa 20° betragen.
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In diesem Fall entspricht die Mittenposition des
Zeigers 5 in Bezug auf die Skala 6 nicht der in 1 dargestellten Position
des Permanentmagneten 4 in Bezug auf den HALL-Sensor 3.
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Die 2 zeigt
die Vorrichtung der 1 mit abgenommener
Platine 10. Das Verbindungselement 9 ist an einem
ersten Ende 9a an der BOURDON-Feder 2 angelenkt. Das zweite
Ende 9b ist mittels einer Schraube in einem Schlitz 8b eines
ersten Hebelarmes 8a des zweiarmigen Drehelementes 8 stufenlos einstellbar
festgelegt. Das Verbindungselement 9 weist weiterhin eine
beispielsweise mit einer Zange leicht verformbare Öse 9c für die Einstellung
der effektiven Länge
zwischen der BOURDON-Feder 2 und dem Drehelement 8 auf.
Durch diese Längeneinstellung
kann insbesondere die mechanische Anzeigeeinrichtung bezüglich der
Linearität
kalibriert werden. Durch den gekrümmten Verlauf des Schlitzes 8b und
die Festlegung des zweiten Endes 9b innerhalb des Schlitzes 8b kommt
es zu einer mechanischen Vorlinearisierung des Zusammenhanges zwischen Druckdifferenz
und Auslenkung.
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Die Kalibrierung erfolgt durch die
Einstellung der Länge
des Verbindungselements 9 und durch den Abstand des mit
einer Befestigungsschraube versehenen zweiten Endes 9b vom
Drehpunkt 7. Dabei wird durch die Länge des Verbindungselements 9 vorzugsweise
die Linearisierung beeinflußt.
Für eine vollständige Kalibrierung
sind beide Längeneinstellungen
erforderlich.
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Der zweite Hebelarm 8c trägt an seinem
von der Drehachse 7 fernen Ende ein Zahnkranzsegment 16 mit
aneinandergereihten und in Bezug auf die Drehachse 7 radial
abstehenden Zähnen 17,
die in ein entsprechendes, an der Drehachse 18 des Zeigers 5 angeordnetes
Zahnrad 19 eingreifen. Das Zahnradsegment 16 und
das Zahnrad 19 realisieren ein Übersetzungsverhältnis der
Drehbewegungen Drehelement 8 : Zeiger 5 von etwa
1 : 15.
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Die 3 zeigt
eine Aufsicht und einen Schnitt durch den vorzugsweise zu verwendenden Permanentmagneten 4,
der die Form eines Hohlzylinders aufweist. Alternativ hierzu kann
der Permanentmagnet 4 auch die Form eines Vollzylinders
aufweisen. Grundsätzlich
könnte
anstelle eines Permanentmagneten 4 auch ein Elektromagnet
eingesetzt werden. In der Aufsicht der linken Bildhälfte der 3 ist die diametrale Magnetisierung
in einen Nordpol 22 und einen gegenüberliegenden Südpol 23 dargestellt.
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Die mit der Drehachse 7 zusammenfallende Längsachse 21 des
Permanentmagneten 4 steht in der linken Bildhälfte senkrecht
zur Zeichenebene. In der in der 1 dargestellten
Mittenstellung des Zeigers in Bezug auf die Skala 6, ist
die Position des Permanentmagneten 4 gerade so, daß der Übergang zwischen
Nord- und Südpol
genau gegenüber
dem HALL-Sensor 3 liegt.
Diese Winkellage ist mit α =
0 gekennzeichnet.
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Der Drehbereich Δα des Permanentmagneten 4 beträgt beispielsweise zwischen
15° und
30°. Er kann
auch asymmetrisch sein, beispielsweise können die Endpunkte bei α1 = –10° und α2 =
+20° liegen.
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Anstelle des einfach diametral magnetisierten
Magneten, der keine axiale Polarisation aufweist, können auch
mehrfach sektorenförmig
magnetisierte Magneten, gegebenenfalls mit zusätzlicher axialer Polarisation
eingesetzt werden. Der Magnet 4 kann dabei als Voll- oder
Hohlzylinder ausgeführt
sein.
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Im Falle eines Hohlzylinders kommt
auch eine Anordnung des HALL-Sensors 3 im Inneren des Hohlzylinders
in Betracht. In jedem Fall kann der HALL-Sensor nicht – wie dargestellt – gegenüber der Umfangsfläche des
Magneten 4 angeordnet werden, sondern alternativ dazu auch
gegenüber
einer Boden- oder Deckfläche
des zylindrischen Magneten 4.
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Grundsätzlich kommt auch ein Vertauschen der
Positionen des HALL-Sensors 3 und des Permanentmagneten 4 in
Betracht, d. h. der HALL-Sensor 3 könnte drehbar auf der Drehachse 7 des
Drehelementes 8 angeordnet sein, während der Permanentmagnet 4 ortsfest
angeordnet ist. Dabei wäre
es besonders vorteilhaft, wenn der HALL-Sensor 3 in einem
linearen Magnetfeld bewegt wird. Dieses könnte beispielsweise durch einen
Hufeisenmagnet bereitgestellt werden, der den HALL-Sensor 3 gabelförmig umgreift.
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Die 4 zeigt
den gemessenen, die Form einer Sinuskurve aufweisenden Verlauf der
magnetischen Induktion B in Abhängigkeit
des Drehwinkels α.
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Im Bereich –20° ≤ α ≤ +20° ist der Zusammenhang zwischen
magnetischer Induktion B und Drehwinkel α in guter Näherung linear. Außerdem ist die
Steigung in diesem Bereich maximal. Dies führt zu einem hohen elektrischen
Ausgangssignal des HALL-Sensors 3 bei gleichzeitig hoher
Linearität.
Die Werte für
die magnetische Induktion erreichen in den Winkellagen ±90° Maximalwerte
von etwa 290 mT. Dieser Wert ist abhängig vom eingesetzten magnetischen
Wertstoff und vom Abstand des HALL-Sensors 3 zum Magneten 4.
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Die 5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Vorrichtung 101 zum Messen von Druckdifferenzen. Die
BOURDON-Feder 102 weist in diesem Fall etwa 2¾ Windungen
auf. Die Verbindung zwischen der BOURDON-Feder 102 und
der nur teilweise dargestellten, um die Drehachse 107 drehbaren
Koppeleinrichtung 108 erfolgt mittels einer gekrümmten Verbindungsstange 120.
Derartige Vorrichtungen mit mehrfach gewundenen BOURDON-Federn 102 sind
insbesondere für
den Einsatz im Hochdruckbereich geeignet.